JPH08136503A

JPH08136503A - 粒子の帯電量分布測定装置

Info

Publication number: JPH08136503A
Application number: JP6277315A
Authority: JP
Inventors: Shuji Sasabe; 修司笹辺; Masayoshi Ishikawa; 昌義石川
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK; Hosokawa Micron Corp
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK; Hosokawa Micron Corp
Priority date: 1994-11-11
Filing date: 1994-11-11
Publication date: 1996-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】零点補正のための帯電量分布測定を正確に行な
い得るようにした粒子の帯電量分布測定装置を提供す
る。【構成】粒子４５を測定セル４へ供給して下方向へ走行
させ、その走行途中で電界をかけて粒子の前記所定方向
からのずれ量又は、ずれ移動速度を検出し、その検出出
力に基いて帯電量分布を測定する粒子の帯電量分布測定
装置である。粒子供給の際に除電装置４０によって粒子
通路に軟Ｘ線を照射して通路中に高濃度の正・負イオン
と電子を生成する。この除電装置４０により除電された
粒子の走行中は前記電界をかけずに帯電量分布測定を行
なう。得られた帯電量分布の中心を零点に合わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は粒子の帯電量分布を測定
する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】このような粒子の帯電量分布を測定する
装置は、例えば特開昭６３−１１８６３号公報に記載さ
れている。尚、この装置では、所定の軸線上に伝搬され
た音波振動と、その軸線を横切る方向に与えられた電場
（電界）とを有する雰囲気中に与えられた粒子の振舞い
を捕らえるため前記雰囲気中にレーザービームを投射し
粒子の振舞い情報が含まれたレーザービームをフォトマ
ルチプライヤーの如き光電変換手段により電気信号に変
換し、この電気信号に基いて粒子の粒度や帯電量を検出
するようにしている。

【０００３】尚、この場合、帯電量は電界によって粒子
が軸線から、はずれる距離又は、はずれ移動速度情報を
検出し、処理することによって得られる。ところで、帯
電量分布はパーソナルコンピュータ等を用いて横軸に帯
電量、縦軸に粒子の個数をとったグラフで表わされる
が、希望する実測の前にその帯電量分布の零点補正を先
に実行しておかなければならない。この零点補正は上記
電界を加えない状態で例えば５００個ぐらいの粒子につ
いて帯電量分布を測定し、その分布中心を図６の０の位
置に合わせることである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、電界をか
けない状態で粒子を走行させた場合は、粒子は軸線から
ずれることなく、進む筈であるが、実際には測定セル周
壁のメタルが帯有する静電気や粒子相互の反発力等によ
って軸線からずれる。従って、電界をかけない状態での
計測においても帯電量分布が生じる。上記零点補正の
際、その実測の帯電量分布の中心が零点から画一的に一
定値ずれている場合には、そのずれ量に相当する数値を
パーソナルコンピュータ上で加算又は減算することによ
り正確に零点に合わせることができる。

【０００５】しかしながら、実際には帯電粒子は、その
帯電電荷が正か負かによって他の帯電粒子と相互に反発
したり、吸引し合ったりして無作為に移動するので、零
点補正のために例えば５００個の粒子について測定した
帯電量分布の信憑性が薄くなる。従って、従来の装置で
は、零点補正のため電界をかけない状態で計測した５０
０個の粒子の帯電量分布と、次の５００個の帯電量分
布、更に次の５００個の帯電量分布が、それぞれ異なっ
たものとなっていた（本来は最初の５００個の粒子につ
いて行なうだけである）。このことは、零点補正のため
のデータが曖昧であることを意味し、結果として曖昧な
零点補正しかできないので、その後に行なわれる本来の
実測の精度が保証できないという問題があった。

【０００６】本発明は、このような点に鑑みなされたも
のであって、零点補正のための帯電量分布測定を正確に
行ない得るようにした粒子の帯電量分布測定装置を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明の第１の構成では、粒子を測定セルへ供給して所定
方向へ走行させ、その走行途中で電界をかけて粒子の前
記所定方向からのずれ量又は、ずれ移動速度を検出し、
その検出出力に基いて帯電量分布を測定する粒子の帯電
量分布測定装置において、粒子供給の際に粒子通路に軟
Ｘ線を照射して粒子の除電を行なう除電手段を設けると
ともに、この除電手段により除電された粒子の走行中は
前記電界をかけずに上記測定を行なうようにしている。

【０００８】また、本発明の第２の構成では、上方から
気流と共に粒子が供給される測定セル中に水平方向に電
場を与える電場発生手段と、前記セル中に短波長の光を
投射し前記電場により粒子が気流方向から偏流する偏流
度情報又は偏流速度情報が含まれた光信号を出力する光
学系手段と、前記光学系手段の出力を電気信号に変換す
る変換手段と、前記変換手段から出力された電気信号に
基いて前記粒子の帯電量を検出する基準量検出手段と、
前記帯電量検出手段の出力を用いて粒子の帯電量分布を
作成する手段とを有する粒子の帯電量分布測定装置にお
いて、帯電量分布の零点検出モード時に除電手段により
軟Ｘ線を照射して除電を施した粒子を前記測定セルへ供
給するようにしている。

【０００９】

【作用】これらの構成によると、零点補正のための帯電
量測定の際、測定セル内に供給される粒子は除電された
状態で供給され、走行することになる。そのため、粒子
間の反発や吸引等がなくなるので、粒子が不確定に動く
要素が激減し、計測結果が粒子５００個単位においてラ
ンダムにならない。従って、零点補正のための計測を５
００個の粒子についてのみ行なえばよく、何回も行なう
必要はない。尚、粒子を走行させるための気流等の影響
によって粒子が移動し、帯電量分布が零点からずれるこ
とがあるが、そのずれは画一的であるので、容易に零点
補正ができる。

【００１０】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照しながら説
明する。粒子の粒度や帯電量分布を測定する装置は、図
２に示すように測定部１と、この測定部１に粒子を供給
する粒子供給部２と、測定部１の電気信号出力を増幅、
周波数変換、復調、演算等の処理を行なう回路部３とか
ら構成されている。そして、測定部１は直方体もしくは
立方体形状の測定セル４を有し、この測定セル４に粒子
供給部２から粒子を与えている。

【００１１】測定セル４は図３に示すように前記粒子を
受け入れる試料入口５と測定済みの粒子が出ていく試料
出口６を、それぞれ上方と下方に有する箱体７と、この
箱体７の一対の側面に設けられた音波振動発生器８ａ、
８ｂとを備え、更にそれらの側面間に電界を走らせる電
極９ａ、９ｂが設けられている。一方の電極９ｂは接地
され、他方の電極は切換えスイッチ４６を介して負極性
の直流電源１０又は接地点に接続される。測定セル４の
残りの側面にはレーザービーム１１の入口と出口が設け
られている。

【００１２】図２に戻って、レーザービーム１１はレー
ザー管１２から出射され、ミラー１３で光路を直角に曲
げられた後、ビームスプリッタ１４により２本のビーム
に分岐される。この２本のビームはミラー１５で更に直
角に向きを変えられた後、三角ミラー１６およびミラー
１７、１８によって、前記測定セル４の内部に所定の角
度で入射し、粒子の測定雰囲気内で交差した後、コンデ
ンサレンズ１９を経てフォトマルチプライヤー２０の受
光面に入射する。

【００１３】レーザービームは測定セル４内で粒子に作
用することにより粒子の振舞い情報を盛り込んだ形で測
定セル４から出ていく（これはレーザードップラ方法を
利用して行なわれるが、この原理等は前記特開昭６３−
１１８６３４号に説明されている）。この情報を担った
レーザービームはフォトマルチプライヤー２０で電気信
号に変換された後、回路部３に入力される。

【００１４】回路部３は信号処理回路２１やＣＰＵ２２
およびＣＰＵ２２の出力を記録するフロッピー等の記録
手段２３、ＣＲＴ等の表示手段２４、プリンタ等のハー
ドコピー手段２５を有している。図２の測定装置全体の
構成のうち、本実施例は特に粒子供給部２に向けられて
いる。即ち、本実施例は、測定セル４に供給される粒子
の通路に対して軟Ｘ線（照射エネルギー４〜２０ｋｅ
Ｖ）を照射して粒子の帯電を除去する除電装置４０を設
けている。そして、この除電装置４０による軟Ｘ線照射
は上述した零点補正のための帯電量分布測定を行なう
（零点補正モード）ときのみ実行される。

【００１５】図１は本実施例における粒子供給部２の構
造を示している。粒子４５を収容するホッパ２６の下方
排出口２６ａ近くに周面が臨むように回転マグネット板
２７が配設されている。この回転マグネット板２７はモ
ータ２８によって回転させられ、前記ホッパ２６の排出
口２６ａから排出された粒子を、その周面に引着し、ホ
ッパ２６より反対側の位置まで回転したときチッ素ガス
Ｎ₂の吹き付けに遭遇し、その周面に保持していた粒子
を離脱する。この離脱した粒子を受けるようにフード２
９が配設されている。フード２９は全体としては円筒形
をしており、上方に断面Ｌ字状の受入口３０を備え、下
方側壁に排出口３１を有している。

【００１６】フード２９はベース板３２上に取り付けら
れており、下端部に測定セル４の入口を成す導入筒３３
が突入している。受入口３０から導入された粒子は排出
口３１を介して外部へ吸引される気流と測定セル４の出
口を介して吸引される気流によって下方向へ走行し、一
部は排出口３１から排出され、残りは導入筒３３を通し
て測定セル４へ供給される。

【００１７】フード２９に近接して軟Ｘ線照射器より成
る除電装置４０が図示の如く配設されており、その軟Ｘ
線照射面４１からフード２９の内部に向けて所定角度で
広がる軟Ｘ線を放射する。この軟Ｘ線はフード２９中の
気体分子をイオン化させ、高濃度の正・負イオンと電子
を生成する。その正・負イオンと電子が高濃度で存在す
るＸ線照射領域Ｓに上方から送られてきた粒子はその正
・負イオンと電子によって中和される。即ち、プラスの
電荷をもった粒子は負イオン（電子を含む）と中和し、
マイナスの電荷をもった粒子は正イオンと中和する。こ
のようにして除電された粒子が測定セル４へ供給され
る。軟Ｘ線を気体に照射することにより正・負イオンと
電子が生成されることについては公知であり、例えば静
電気学会誌１８、１（１９９４）の第３４〜第４０頁に
記載されている。尚、粒子の除電については軟Ｘ線照射
以外の方法も考えられるが、この軟Ｘ線照射による除電
は、短時間での除電が可能、逆帯電が生じない、
微粒子、オゾン、誘導電圧等の発生がない等の利点を有
しているので、本測定装置の零点補正に特に有効であ
る。

【００１８】本実施例は、上記原理により生成された正
・負イオンと電子によって帯電粒子を中和して除電を行
なうが、図１において、領域Ｓから測定セル４の入口ま
での距離は中和が充分行なわれ且つ余った正・負イオン
と電子が再結合するに充分な時間を与えるように比較的
長くとるのが望ましい。尚、前記軟Ｘ線照射装置４０が
動作するのは、上述した帯電分布の零点補正のときだけ
であり、通常の粒度測定および帯電量分布測定のときは
動作しない。従って、前記通常の測定のときは粒子の除
電は行なわない。

【００１９】通常の測定モードのときは、測定セル４内
には図４に示すように音波振動に従った振動をしながら
下方へ走行する粒子に対し電極９ｂから９ａに至る電界
が発生していて、帯電している粒子と帯電していない粒
子とでは軌跡の中心が軸線３４に対するずれ量が異な
る。例えば、＋に帯電している粒子の軌跡の中心３５は
軸線３４からマイナス電極９ａ側へシフトするが、その
軌跡の中心３５が軸線３４からずれる速度Ｖ_Eをレーザ
ードップラ法で測定することにより図２の装置によって
最終的に粒子の帯電量が求まり、多数の粒子の帯電量分
布をとることによって帯電量分布が求まる。

【００２０】しかし、零点補正モードのときは、スイッ
チ４６を接点（ロ）側にして直流電源１０を切って電極
９ａ、９ｂ間に電圧差が生じない（従って、電界が生じ
ない）ようにする。この状態で前記軟Ｘ線照射により除
電された粒子が入ってくる。この粒子は図４に示す帯電
していない粒子の軌跡をとる。従って、その走行中心は
軸線３４からずれない。ただし、気流等の関係によっ
て、ずれるものが生じるが、そのずれ分布は画一的とな
る。換言すれば、５００個の粒子について測定された帯
電量分布は例えば図６のＫのようになる。これは、かり
に次の５００個について行なっても帯電量分布はＫのよ
うになる。従って、図２のＣＰＵ２２を有するパーソナ
ルコンピュータにおいて、Ｋの特性の中心が零点の位置
にくるように入力データに一律に手当すべき数値が正し
く求まる。図５において、Ｋ_Oは除電粒子５００個につ
いて測定した帯電量分布の零点補正された帯電量分布特
性を示している。

【００２１】このようにして、零点補正が完了した後
に、先にも述べた実測を行なう。この実測では、除電装
置４０は動作せず、一方スイッチ４６は接点イ側へ設定
され、測定セル４内では電極９ａ、９ｂ間に電界が発生
する。従って、軟Ｘ線照射による除電を受けない粒子が
測定セル４に次々と供給され、電界によって、その走行
方向（走行中心の向き）が軸線３４からずれる。図５の
Ｌは、このようにして測定された多数の粒子（５００個
を遥かに超える数の粒子）の帯電量分布特性を示してい
る。

【００２２】上記実施例の装置は、粒度測定を兼用でき
るように構成されているため測定セル４内に音波振動を
与えて粒子を走行させているが、帯電量分布測定装置と
しては、音波振動を与えずに、常に気流のみで粒子を走
行させるようにしてもよい。その気流は測定セルの出口
から空気を吸い出すことによって得られる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、粒
子の走行路に電界をかけて実際の帯電量分布測定を行な
う前に、測定装置の零点補正のために電界をかけずに帯
電量分布の測定を行なうときに、除電された粒子に対し
て測定を行なうので、画一性のよい帯電量分布が得られ
る。従って、零点補正が容易で、且つ信頼性のよい零点
補正ができる。また、粒子の除電は軟Ｘ線を照射するこ
とによって行なうようにしているので、短時間での除電
が可能であり、走行する粒子の除電を比較的短い走行ス
ペースで実現できるとともに、その除電手段の一部を粒
子通路内に設けずに、全て通路の外部に設ければよいの
で、装置の構成上便利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施した帯電量分布測定装置の粒子供
給部の詳細を示す一部断面図。

【図２】本発明を実施した帯電量分布測定装置の全体の
概略を示す構成図。

【図３】その測定セルに関する説明図。

【図４】その測定を説明するための図。

【図５】帯電量分布を示す図。

【図６】従来の零点補正における帯電量分布を示す図。

【符号の説明】

２粒子供給部４測定セル１１レーザービーム１２レーザー管２０フォトマルチプライヤー２２ＣＰＵ２５プリンタ２９フード４０除電装置４１軟Ｘ線照射面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粒子を測定セルへ供給して所定方向へ走行
させ、その走行途中で電界をかけて粒子の前記所定方向
からのずれ量又は、ずれ移動速度を検出し、その検出出
力に基いて帯電量分布を測定する粒子の帯電量分布測定
装置において、粒子供給の際に粒子通路に軟Ｘ線を照射して粒子の除電
を行なう除電手段を設けるとともに、この除電手段によ
り除電された粒子の走行中は前記電界をかけずに帯電量
分布測定を行なうことを特徴とする粒子の帯電量分布測
定装置。
【請求項２】上方から気流と共に粒子が供給される測定
セル中に水平方向に電場を与える電場発生手段と、前記
セル中に短波長の光を投射し前記電場により粒子が気流
方向から偏流する偏流度情報又は偏流速度情報が含まれ
た光信号を出力する光学系手段と、前記光学系手段の出
力を電気信号に変換する変換手段と、前記変換手段から
出力された電気信号に基いて前記粒子の帯電量を検出す
る帯電量検出手段と、前記帯電量検出手段の出力を用い
て粒子の帯電量分布を作成する手段とを有する粒子の帯
電量分布測定装置において、帯電量分布の零点検出モード時に除電手段により軟Ｘ線
を照射して除電を施した粒子を前記測定セルへ供給する
ことを特徴とする粒子の帯電量分布測定装置。